การวิเคราะห์การสั่นสะเทือนเชิงตัวเลขสำหรับคานเซลลูล่าร์ที่ใช้วัสดุเชิงประกอบแบบ FGM

ชนนฐ์ยวัส รัตนวิเชียร; กำธรเกียรติ มุสิเกต; บุญชัย ผึ้งไผ่งาม

ผู้แต่ง

ชนนฐ์ยวัส รัตนวิเชียร นักศึกษา, หลักสูตรวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิศวกรรมโครงสร้าง คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี, คลองหก คลองหลวง ปทุมธานี 12110
กำธรเกียรติ มุสิเกต อาจารย์, ภาควิชาวิศวกรรมโยธา สาขาวิศวกรรมโครงสร้าง คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี, คลองหก คลองหลวง ปทุมธานี 12110
บุญชัย ผึ้งไผ่งาม อาจารย์, ภาควิชาวิศวกรรมโยธา สาขาวิศวกรรมโครงสร้าง คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี, คลองหก คลองหลวง ปทุมธานี 12110

คำสำคัญ:

Bi-Directional Functionally Graded Material, Cellular Beam, Finite Element Method, Vibration, Natural Frequency, Mode Shape

บทคัดย่อ

งานวิจัยนี้ทำการวิเคราะห์การสั่นสะเทือนเชิงตัวเลขแบบอิสระสำหรับปัญหาในสองมิติด้วยระเบียบวิธีไฟไนท์เอลิเมนต์ (Finite Element Method) ของคานเซลลูล่าร์ (Cellular Euler-Bernoulli Beam) ที่มีคุณสมบัติวัสดุเชิงประกอบแบบสองทิศทาง BDFGM (Bi-Directional Functionally Graded Materials) ซึ่งประกอบขึ้นจากวัสดุสองชนิด คือ Aluminum และ Zirconia กฎการผสมตามแบบจำลองของกฎการผสมถูกเสนอเพื่ออธิบายการเปลี่ยนแปลงของเศษส่วนปริมาตรของวัสดุ โดยกำหนดให้ค่าดัชนีการแปรผันของโมดูลัสยืดหยุ่นและความหนาแน่นมีการแปรผันด้วยสมการแบบเอกซ์โพเนนเชียลตามแนวแกนและกฎกำลังตามความลึกของคาน ค่าความถี่ธรรมชาติสามลำดับแรกของคานเซลลูล่าร์อย่างง่ายที่ได้จากการวิเคราะห์พบว่า มีการแปรผกผันกับค่าดัชนีการแปรผันที่เพิ่มขึ้นทั้งสองทิศทางโดยดัชนีการแปรผันตามความลึกนั้น ส่งผลต่อการอัตราการลดลงของค่าความถี่ธรรมชาติมากกว่าดัชนีการแปรผันตามแนวแกน แบบจำลองที่เสนอนี้ สามารถนำไปประยุกต์ใช้เพื่อการวิเคราะห์และออกแบบวัสดุเชิงประกอบแบบสองทิศทางที่ประกอบด้วยวัสดุที่มีคุณสมบัติต่างกันมากกว่าสองชนิดเพื่อพิจารณาเลือกค่าความถี่ธรรมชาติที่เหมาะสมสำหรับปัญหาที่ต้องการต่อไป

เอกสารอ้างอิง

Kobayashi Y, Harada A, Yamada G. Reduced-order nonlinear modal equations of plates based on the finite element method. JSME International Journal Series C Mechanical Systems, Machine Elements and Manufacturing. 2002;45(1):79-86.

Sina SA, Navazi HM, Haddadpour H. An analytical method for free vibration analysis of functionally graded beams. Materials & Design 2009;30(3):741-7.

Simsek M, Kocaturk T. Free and forced vibration of a functionally graded beam subjected to a concentrated moving harmonic load. Composite Structures 2009;90(4): 465-73.

Gao K, Li R, Yang, J. Dynamic characteristics of functionally graded porous beams with interval material properties. Engineering Structures 2019;197:109441. doi: 10.1016/j.engstruct.2019.109441.

Nguyen N, Nguyen T, Nguyen T, Vo T. A new two-variable shear deformation theory for bending, free vibration and buckling analysis of functionally graded porous beams. Composite Structures. 2022;282:115095. doi: 10.1016/j.compstruct.2021.115095.

Al-Zahrani MA, Asiri SA, Ahmed KI, Eltaher MA. Free vibration analysis of 2D functionally graded strip beam using finite‎ element method‎. Journal of Applied and Computational Mechanics 2022;8(4):1422-30.

Sharma NK, Bhandari M, Dean A. Applications of functionally graded materials (FGMs). International Journal of Engineering Research & Technology 2014;2(3):334-9.

Wang M, Zhang P, Fei Q. Computational evaluation of effects of fiber shape on transverse properties of polymer composites considering voids under dynamic loading. Journal of Aerospace Engineering 2019;32(4):04019049.

Taraghi P, Showkati H, Firouzsalari SE. The performance of steel conical shells reinforced with CFRP laminates subjected to uniform external pressure. Construction and Building Materials 2019;214:484-96.

Mahamood RM, Akinlabi ET. Functionally graded materials. Topics in Mining, Metallurgy and Materials Engineering. Cham, Switzerland: Springer; 2017. doi: 10.1007/978-3-319-53756-6_2.

Nejad MZ, Hadi A. Non-local analysis of free vibration of bi-directional functionally graded Euler–Bernoulli nano-beams. International Journal of Engineering Science 2016;105:1-11.

Li X. A unified approach for analyzing static and dynamic behaviors of functionally graded Timoshenko and Euler–Bernoulli beams. Journal of Sound and vibration 2008;318(4-5):1210-29.

Musiket K, Phungpaingam B, Piyaphipat S. Free and forced vibration analyses by n-sided polygonal cell-based strain-smoothed finite element for two-dimensional problem. RMUTP Research Journal Sciences and Technology 2023;17(2):53-66. (In Thai)

Simsek M. Bi-directional functionally graded materials (BDFGMs) for free and forced vibration of Timoshenko beams with various boundary conditions. Composite Structures 2015;133:968-78.